PTN技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用探討

周文婷 李亞平 崔力民

【摘 要】 2009 年6 月國家電網(wǎng)首次向社會發(fā)布“智能電網(wǎng)”發(fā)展規(guī)劃，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步推進(jìn)，電力通信系統(tǒng)也需要逐步向下一代通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，以滿足智能電網(wǎng)建設(shè)的新需求。一張安全、可靠、統(tǒng)一、高效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，是支撐智能電網(wǎng)快速發(fā)展的必要條件。本文介紹了PTN技術(shù)的產(chǎn)生背景與特點(diǎn)，并與電力通信系統(tǒng)相結(jié)合，針對智能電網(wǎng)建設(shè)過程中對傳輸網(wǎng)提出的需求，分析了PTN技術(shù)對電力通信系統(tǒng)的適應(yīng)性。對使用PTN技術(shù)建設(shè)電力系統(tǒng)分組傳送網(wǎng)進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】 智能電網(wǎng) ?PTN ?分組傳送網(wǎng) ?電力通信

1 引言

毫無疑問，IP化是當(dāng)代通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢之一。目前，電信運(yùn)營商和各行業(yè)用戶業(yè)務(wù)的IP化趨勢都已經(jīng)非常明顯。隨著IP業(yè)務(wù)越來越廣泛的應(yīng)用，原有的SDH傳輸系統(tǒng)逐漸暴露出它對于IP業(yè)務(wù)傳送效率低的缺點(diǎn)，因?yàn)镾DH技術(shù)是為TDM業(yè)務(wù)而量身打造的一種傳輸體制。但是相比于數(shù)據(jù)技術(shù)，SDH技術(shù)本身所獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)還是非常明顯的，比如它豐富的開銷、強(qiáng)大的OAM能力、端到端的業(yè)務(wù)配置以及保護(hù)等等。那么是否有一種技術(shù)既能繼承SDH的優(yōu)點(diǎn)又能提高對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送效率和處理能力呢？于是PTN（Packet Transport Network）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。[1]

PTN作為新一代承載網(wǎng)技術(shù)，在集成原MSTP優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，適應(yīng)業(yè)務(wù)大帶寬、IP化的發(fā)展要求，是當(dāng)前及未來承載網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢。

電力通信業(yè)務(wù)伴隨通信技術(shù)的整體快速發(fā)展，也提出了很多新的挑戰(zhàn)，包括帶寬、效率、安全、同步等發(fā)展方向。PTN在電力業(yè)務(wù)承載方面，包括TDM與IP業(yè)務(wù)承載、隔離度、可靠性、性能保證等方面，均能較好的滿足業(yè)務(wù)承載需求。各電力公司，分別根據(jù)各自網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，積極引入新建PTN網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行試點(diǎn)及規(guī)模部署，PTN的電力業(yè)務(wù)承載能力進(jìn)一步得到證實(shí)，PTN已成為各電力公司競相調(diào)研試點(diǎn)及規(guī)模部署的重要方案。

2 PTN技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 全業(yè)務(wù)承載能力

PTN采用通用分組交換內(nèi)核，不僅提供了對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的適應(yīng)性，還通過采用端到端偽線仿真（PWE3，Pseudo Wire Emulation Edge—to—Edge）技術(shù)提供了對原有電路型服務(wù)的后向兼容性，使得在滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的同時，還可以支持傳統(tǒng)的電路型業(yè)務(wù)。PTN提供了適合于IP業(yè)務(wù)的“柔性”管道，以及適合于TDM業(yè)務(wù)特性的“剛性”管道，能更好的實(shí)現(xiàn)IP及TDM業(yè)務(wù)的綜合承載及業(yè)務(wù)隔離，提高業(yè)務(wù)的獨(dú)立性和安全性。[2]PTN承載TDM 業(yè)務(wù)時，在源端不做任何的翻譯和解釋，將TDM業(yè)務(wù)封裝成數(shù)據(jù)包，經(jīng)過分組交換網(wǎng)達(dá)到目的端，目的端接收到數(shù)據(jù)包后，將其打開恢復(fù)出原始的TDM數(shù)據(jù)流。

2.2 可靠性

PTN提供完善的保護(hù)機(jī)制，PTN設(shè)備提供設(shè)備級保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)級保護(hù)和接入鏈路保護(hù)。設(shè)備級保護(hù)包括關(guān)鍵板卡的冗余備份、TPS保護(hù)等;網(wǎng)絡(luò)級保護(hù)包括LSP/PW線性保護(hù)、環(huán)網(wǎng)保護(hù)、線性復(fù)用段保護(hù)、雙歸屬保護(hù);接入鏈路保護(hù)包括鏈路聚合（LAG）保護(hù)、ML-PPP多鏈路保護(hù)、IMA保護(hù)等。在繼承SDH各種路徑保護(hù)，環(huán)網(wǎng)保護(hù)的情況下，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)跨節(jié)點(diǎn)雙歸保護(hù)，更進(jìn)一步提高了業(yè)務(wù)的可靠性，同時嚴(yán)格保證50ms的保護(hù)需求。[3]

雙歸保護(hù)，PTN實(shí)現(xiàn)了抗節(jié)點(diǎn)失效的能力，進(jìn)一步提高了核心層設(shè)備，跨節(jié)點(diǎn)主備保護(hù)的能力。

2.3 安全性

PTN技術(shù)通過LSP和PW標(biāo)簽的隔離來區(qū)分業(yè)務(wù)，這種隔離方式類似于SDH的時隙隔離，具有底層的高隔離度。同時，PTN產(chǎn)品又增加了如協(xié)議加密、用戶接入認(rèn)證、數(shù)據(jù)庫加密、防病毒、防DOS攻擊等多種提高安全性的功能。最大程度上保障了系統(tǒng)的安全性。PTN技術(shù)體制的多層防護(hù)體系，層層隔離，防止入侵與泄漏，提供全面的信息安全保密機(jī)制，已在電力、金融等高安全系統(tǒng)應(yīng)用。

2.4 圖形化界面網(wǎng)管

PTN技術(shù)繼承了傳統(tǒng)SDH技術(shù)的基于圖形化界面的網(wǎng)管，并且能夠做到于現(xiàn)網(wǎng)傳輸設(shè)備做到統(tǒng)一管理，保持了用戶的傳輸產(chǎn)品運(yùn)維體驗(yàn)。

2.5 完善的OAM特性

PTN技術(shù)繼承了SDH技術(shù)的層網(wǎng)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的OAM特性，PTN網(wǎng)絡(luò)采用縱向分域、橫向分層的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)在邏輯上分成了媒質(zhì)層、段層、隧道層、偽線層。每個層次都有相應(yīng)的OAM功能。

2.6 時間同步

PTN技術(shù)在繼承了SDH時鐘同步的基礎(chǔ)上，通過同步以太網(wǎng)協(xié)議和1588V2協(xié)議實(shí)現(xiàn)了時間同步信息的傳送。對于需要時間同步功能的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，采用PTN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)就可以在傳輸層面進(jìn)行時間同步信息的傳送。

3 電力通信業(yè)務(wù)分析

3.1 電力通信業(yè)務(wù)

電力行業(yè)的通信系統(tǒng)為電力生產(chǎn)和管理各業(yè)務(wù)提供傳輸和數(shù)據(jù)通道，服務(wù)于電力一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，其分類的形式有很多，如下：

（1）按照業(yè)務(wù)屬性劃分大致可以分為兩大類，即生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù);

（2）按照電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)管理體系劃分，可以劃分為I、II、III、Ⅳ四大安全區(qū)域業(yè)務(wù)。

（3）按照業(yè)務(wù)流類型劃分，可以分為語音、數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù);

（4）按照時延劃分，可以劃分為實(shí)時業(yè)務(wù)和非實(shí)時業(yè)務(wù);

（5）按照業(yè)務(wù)分布劃分，可以劃分為集中型業(yè)務(wù)、相鄰性業(yè)務(wù)和均勻性業(yè)務(wù);

（6）按照用戶對象劃分，可以分為變電站業(yè)務(wù)、線路業(yè)務(wù)和電網(wǎng)公司、供電局等幾大類;

其業(yè)務(wù)特點(diǎn)主要包括：

（1）I/II區(qū)業(yè)務(wù)，為電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)，實(shí)時性，可靠性要求高，特別是線路保護(hù)業(yè)務(wù)，要求傳輸設(shè)備端到端時延小于5ms，同時對時延變化，抖動非常敏感。I/II區(qū)業(yè)務(wù)以E1 TDM業(yè)務(wù)為主，后續(xù)有逐步IP化演進(jìn)的趨勢。

（2）III/IV區(qū)業(yè)務(wù)，為管理業(yè)務(wù)，帶寬需要大，以IP業(yè)務(wù)為主，基本實(shí)現(xiàn)已業(yè)務(wù)的IP化，以FE/GE業(yè)務(wù)為主。

（3）電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)與管理業(yè)務(wù)，需要物理隔離，互不影響，防止攻擊與入侵。

3.2 電力通信網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)

隨著智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)開展，以及新技術(shù)的不斷發(fā)展，電力通信網(wǎng)絡(luò)主要面臨以下挑戰(zhàn)：

（1）業(yè)務(wù)的寬帶化：隨著電網(wǎng)業(yè)務(wù)，自動化，信息化，可視化，互動化，智能化的發(fā)展，業(yè)務(wù)帶寬需求成倍增長，從2M到155M/622M到2.5G/10G，再到40G/100G成為后續(xù)的長期發(fā)展趨勢。

（2）業(yè)務(wù)的IP化趨勢：III/IV區(qū)信息管理類業(yè)務(wù)，已基本實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化，I/II區(qū)業(yè)務(wù)，也開始逐步IP化，業(yè)務(wù)逐步從以TDM為主，轉(zhuǎn)移為以IP為主。

（3）電力各分區(qū)業(yè)務(wù)差異大：I/II分區(qū)生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)，對安全可靠，時延抖動有明確的要求，業(yè)務(wù)帶寬相對較小，IP化程度相對較低。III/IV分區(qū)信息管理類業(yè)務(wù)，則帶寬要求較大，IP化程度高，對時延抖動敏感性相對較低。各分區(qū)業(yè)務(wù)的差異性，需要與之相適應(yīng)的解決方案。

（4）新技術(shù)的沖擊：各種新技術(shù)的出現(xiàn)，比如PTN，OTN，POTN等，對傳統(tǒng)MSTP設(shè)備形成沖擊，老的MSTP廠家，尤其是國外MSTP廠家，發(fā)貨量下降，備品備件能力下降，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)難道加大。

（5）其他特性需求：比如高精度時間同步，超長距離傳輸，LTE承載，靈活調(diào)度，融合智能等新需求出現(xiàn)。

4 PTN應(yīng)用于電力通信系統(tǒng)的展望

4.1 多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載

由于PTN所具備的端到端偽線仿真技術(shù)和區(qū)分服務(wù)機(jī)制，對業(yè)務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行分類，保證了在網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)上高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)能夠得到優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)針對每一業(yè)務(wù)流的QoS保證。

例如：對于傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)，可以采用端到端偽線仿真技術(shù)提供支持：對于線路繼電保護(hù)和安全自動裝置數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。可以通過設(shè)置高優(yōu)先級和預(yù)先分配足夠帶寬來保證其時延：對于故障錄波數(shù)據(jù)、故障測距等信息，可以通過設(shè)置適當(dāng)優(yōu)先級和預(yù)先分配合理帶寬來提供服務(wù)：而對于無特殊需求的一般性業(yè)務(wù).則只需為其設(shè)置較低優(yōu)先級和適當(dāng)帶寬。

PTN技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用初級階段，可以用PTN網(wǎng)絡(luò)承載實(shí)時性要求不高的綜合信息網(wǎng)業(yè)務(wù)，不承載時延敏感的保護(hù)等調(diào)度信息網(wǎng)業(yè)務(wù)。后續(xù)隨著運(yùn)維人員對PTN 技術(shù)的熟悉和對PTN網(wǎng)絡(luò)時延抖動等性能的充分驗(yàn)證后可以考慮把調(diào)度網(wǎng)上的業(yè)務(wù)割接到PTN網(wǎng)絡(luò)上承載。

4.2 業(yè)務(wù)隔離

電力業(yè)務(wù)各分區(qū)，要求承載網(wǎng)嚴(yán)格的物理隔離，包括管道級別的隔離，以及網(wǎng)絡(luò)級別的隔離。

網(wǎng)絡(luò)級物理隔離，可以采用雙平面組網(wǎng)方案，I/II分區(qū)的業(yè)務(wù)與II/IV分區(qū)的業(yè)務(wù)，分別承載在不同的網(wǎng)絡(luò)平面上，嚴(yán)格物理隔離，各區(qū)業(yè)務(wù)根據(jù)各自的特性需求建網(wǎng)，獨(dú)立發(fā)展。

管道級物理隔離，TDM業(yè)務(wù)為持續(xù)的碼流，PTN承載TDM業(yè)務(wù)，采用“剛性管道”，固定帶寬，與其他業(yè)務(wù)嚴(yán)格物流隔離，互不影響。

同時PTN采用類似SDH，多層封裝隔離機(jī)制，與SDH具備同樣的隔離能力。滿足電力業(yè)務(wù)隔離需求。

4.3 通信網(wǎng)絡(luò)中的位置

由于PTN所能提供的最大速率網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口只有10 GE接口。其優(yōu)勢體現(xiàn)在小顆粒業(yè)務(wù)的靈活接人、匯聚收斂和統(tǒng)計復(fù)用上，若以其組建骨干層以上網(wǎng)絡(luò)則可能無法滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)帶寬高速增長的需求，因此，運(yùn)營商一般將PTN定位于匯聚層。由PTN組建地市和縣級或到變電站的網(wǎng)絡(luò)，提供全業(yè)務(wù)的匯聚或接人網(wǎng)絡(luò)，而由PON組建配電和入戶網(wǎng)絡(luò)，提供密集的多點(diǎn)接入能力。從另一個角度來講，對于輸電網(wǎng)，OTN適合作為骨干層。而PTN可以作為匯聚層和接人層：對于配電網(wǎng)，PTN可以作為骨干層和匯聚層，而用PON作為接入層。當(dāng)然，如果沒有帶寬的大容量需要，也可以將PTN作為輸電網(wǎng)的骨干層。

5 結(jié)語

隨著PTN技術(shù)的逐漸成熟和設(shè)備的規(guī)模部署，可以預(yù)見，未來電力行業(yè)PTN技術(shù)將得到越來越廣泛的應(yīng)用。如何利用PTN技術(shù)體制的優(yōu)勢，加強(qiáng)PTN試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)，研究解決電力通信發(fā)展中的問題，利用信息通信技術(shù)的發(fā)展更好地服務(wù)智能電網(wǎng)的建設(shè)，將成為未來電力通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中的重要課題之一。

參考文獻(xiàn)

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